Cambio climático en Marte y Venus

Venus, la Tierra, y Marte son planetas hermanos. Son sólidos, están rodeados de atmósfera, tienen tamaños parecidos y orbitan cerca del Sol. Los tres se formaron hace unos 4.550 millones de años en la misma zona de la primitiva nebulosa solar, con los mismos ingrediente y probablemente compartieron infancias similares. Durante cientos de millones de años tuvieron gran actividad volcánica, liberando gases que formaron atmósferas importantes y de composición similar, y probablemente hubo agua líquida en sus superficies.

En cambio, hoy en día Venus tiene una atmósfera casi cien veces mayor que la terrestre y un infierno de 460 ºC en la superficie. Y Marte es un desértico y gélido planeta con una atmósfera muy delgada. Sólo la Tierra parece haber mantenido el agua líquida, además de unas temperaturas muy estables ¡durante 4.000 millones de años!

¿Cómo ocurrieron estas evoluciones climáticas tan dramáticas en nuestros vecinos? ¿Cómo evitó la Tierra semejantes cambios? Los científicos buscamos una explicación global para los tres planetas.

Algunas claves

Un factor clave de estas diferencias se halla en la temperatura de la superficie de cada planeta. Es un parámetro complejo porque afecta a la atmósfera y a su vez depende de ésta mediante el llamado efecto invernadero. Este efecto depende de los gases atmosféricos existentes y de su capacidad para atrapar la energía solar que llega al planeta y que es re-radiada por éste hacia el exterior. En la Tierra el principal gas invernadero es el vapor de agua y, en segundo lugar, el dióxido de carbono; juntos aumentan la temperatura global del planeta en 15º C. Por el contrario, en Marte el efecto invernadero es pequeño, aunque quizás no fue así en el pasado, cuando las temperaturas eran mayores. En Venus, en cambio, es muy grande, dada su gran abundancia de dióxido de carbono, y pensamos que ha sido así durante casi toda su historia.

Pero el efecto invernadero también depende de factores más complejos. Uno es la reflectividad del planeta, que cambia mucho entre distintas zonas y además fluctúa con sucesos tan variables como las nubes, en la Tierra, o las tormentas de polvo en Marte. Otro factor es la radiación solar, que también sabemos que presenta variaciones con el tiempo. Incluso pueden ocurrir variaciones caóticas, como parece ser el caso de Marte, debido a variaciones bruscas en la inclinación de su eje. Esto es producido por las complejas influencias gravitatorias de Júpiter y los demás planetas. La Tierra está mas cerca del Sol y además tiene una compañera, la Luna, que le da gran estabilidad a su órbita, por lo que está libre de semejantes cambios.

Manteniendo el equilibrio

Otro factor importante para entender las diferencias entre estos planetas no tan gemelos radica en la interacción entre atmósfera y superficie y el equilibrio resultante. Un ejemplo es el llamado ciclo del carbono, que parece controlar que la temperatura en la Tierra no presente grandes cambios con el tiempo. El dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera está en continuo intercambio con el océano, donde es transportado por erosión y eventualmente se deposita en su fondo. Procesos geológicos lo incorporan a las rocas de la corteza terrestre y, posteriormente, mediante fisuras y volcanismo, se escapa hacia la atmósfera, completando el ciclo. Lo interesante es que este ciclo es auto-regulativo. Por ejemplo, si aumentase la temperatura, aumentaría la erosión y el transporte de CO2 hacia el océano y la corteza terrestre, con lo que el CO2 residente en la atmósfera disminuiría, disminuyendo también su efecto invernadero, y contrarrestando el cambio de temperatura: ¡un equilibrio perfecto!

Ahora bien, este reciclaje lleva tiempo, unos 300.000 años, poco en términos de evolución planetaria normal, pero... ¿y si existen cambios bruscos? Podríamos pensar en sucesos cataclísmicos, como erupciones volcánicas excepcionales o impactos con cuerpos menores del Sistema Solar. Hay otro ejemplo candente: el problema del cambio climático debido al aumento del CO2 producido por el hombre, que ha ocurrido en tan solo 200 años, un tiempo brevísimo a escala planetaria. Estos sucesos podrían escapar de la capacidad autorreguladora del planeta, especialmente si se prolongan en el tiempo.

¿Qué falla en Marte y en Venus?

En nuestros vecinos, Marte y Venus, su ciclo del carbono se perdió hace mucho tiempo. En Venus, más próximo al Sol, la elevada temperatura debió haber evaporado el agua de los océanos por completo mediante un proceso denominado efecto invernadero desbocado. Sin océanos, el intercambio de CO2 hacia la corteza se interrumpió, y todo el carbono disponible en el planeta pasó a la atmósfera. Marte, por otro lado, no dispone de tectónica de placas; con un tamaño menor que el de Venus y la Tierra, su interior se enfría más rápidamente. Aunque en el pasado hubiese océanos de agua líquida en su superficie, el carbono no pudo ser devuelto a su atmósfera. En ausencia de este reciclaje autoregulador y de un volcanismo activo, las variaciones térmicas desembocaron en un enfriamiento incontrolado y gran parte de la atmósfera colapsó.

Desafíos y problemas pendientes

Aunque la evolución de los tres planetas ha sido muy compleja, empezamos a entender algunos mecanismos clave. Eso sí, hay muchas preguntas abiertas con escasas respuestas. La superrotación de las nubes de Venus o el desarrollo de las tormentas de polvo en Marte son dos ejemplos actuales. Las complejas interacciones entre numerosos procesos requiere cuidadosos modelos matemáticos, y muchos mas datos, y más precisos.

La atmósfera es un sistema caótico y complejo, y la tarea científica de comprenderlo en su globalidad y en los tres planetas hermanos, promete ser larga, aunque eso sí, apasionante. Y necesaria.

Miguel Ángel López Valverde (Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC)